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1、2022年高中物理第二册交变电流的产生教学目的:l、交变电流的产生即变化规律。2、会用公式和图像表示交变电流。3、培养学生观察实验能力和思维能力。教学准备:交流发电机模型、演示电流表、教学过程:一、知识回顾教 师:如何产生感应电流? 请运用电磁感应的知识,设计一个发电机模型。学生设计:让矩形线圈在匀强磁场中匀速转动。二、新课教学:1、交变电流的产生演示1:出示手摇发电机模型,并连接演示电流表当线圈在磁场中转动时,电流表的指针随着线圈的转动而摆动,线圈每转动一周指针左右摆动一次。表 明:电流强度的大小和方向都做周期性的变化,这种电流叫交流电。2、交变电流的变化规律演示2:矩形线圈在匀强磁场中匀速
2、转动的四个过程分 析:线圈bc、da始终在平行磁感线方向转动,因而不产生感应电动势,只起导线作用。(1)线圈平面垂直于磁感线(a图),ab、cd边此时速度方向与磁感线平行,线圈中没有感应电动势,没有感应电流。教师强调指出:这时线圈平面所处的位置叫中性面。中性面的特点:线圈平面与磁感线垂直,磁通量最大,感应电动势最小为零,感应电流为零。(2)当线圈平面逆时针转过900时(b图),即线圈平面与磁感线平行时,ab、cd边的线速度方向都跟磁感线垂直,即两边都垂直切割磁感线,这时感应电动势最大,线圈中的感应电流也最大。(3)再转过900时(c图),线圈又处于中性面位置,线圈中没有感应电动势。(4)当线圈
3、再转过900时,处于图d位置,ab、cd边的瞬时速度方向,跟线圈经过图(b)位置时的速度方向相反,产生的感应电动势方向也跟在(图b)位置相反。(5)再转过900线圈处于起始位置(e图),与a图位置相同,线圈中没有感应电动势。小结:线圈平面每经过中性面一次,感应电流的方向就改变一次,因此线圈转动一周,感应电流的方向改变两次。提出问题:线圈中的感应电动势的大小如何变化呢?在场强为B的匀强磁场中,矩形线圈边长为L,逆时针绕中轴匀速转动,角速度为,从中性面开始计时,经过时间t。 线圈转动的线速度为v=L/2,转过的角度为=t,此时ab边线速度v以磁感线的夹角也等于t,这时ab边中的感应电动势为eab同
4、理,cd边切割磁感线的感应电动势为ecd:就整个线圈来看,因ab、cd边产生的感应电势方向相同,是串联,所以当线圈平面跟磁感线平行时,即t=/2,这时感应电动势最大值m=BS感应电动势的瞬时表达式为e= msint可见在匀强磁场中,匀速转动的线圈中产生的感应电动势是按正弦规律变化的。即感应电动势的大小和方向是以一定的时间间隔做周期性变化。当线圈跟外电路组成闭合回路时,设整个回路的电阻为R,则电路的感应电流的瞬时值为表达式感应电流瞬时值表达式 i=Imsint这种按正弦规律变化的交变电流叫正弦式电流3、交流电的图像交流电的变化规律还可以用图像来表示,在直角坐标系中,横轴表示线圈平面跟中性面的夹角
5、(或者表示线圈转动经过的时间t),纵坐标表示感应电动势e(感应电流I)。4、交流发电机(1)发电机的基本组成:用来产生感应电动势的线圈(叫电枢)用来产生磁场的磁极(2)发电机的基本种类旋转电枢式发电机(电枢动磁极不动)旋转磁极式发电机(磁极动电枢不动)无论哪种发电机,转动的部分叫转子,不动的部分叫定子例题:一矩形线圈,面积为s,匝数为N,在场强为B的匀强磁场中绕着中轴oo做匀速转动,角速度为,磁场方向与转轴垂直,当线圈转到中性面开始计时,求:(1)线圈中感应电动势的最大值?(2)线圈中感应电动势随时间变化的表达式?(3)若线圈中的电阻为R,则线圈中的电流的最大值为多少?(4)线圈中的电流瞬时表
6、达式? 三、课堂练习:1、交流电的电流-时间图像如图所示,电流为零的时刻是 ,这些时刻线圈与中性面的夹角为 。电流最大的时 ,这时线圈平面于中性面的夹角为 。2、对于正弦交流电,下列说法正确的是: ( )A、 线圈转动一周,电流大小改变两次B、 线圈转动一周,电流大小不变。 C、 线圈转动一周,电流大小随时改变 D、 线圈转动一周,电流大小改变四次3、手摇发电机转动时,小灯泡为何一闪一闪的呢?(1)灯泡发光需要一定的电压,当U定Um时,就能使灯泡发光。(2)如图所示,当T1tT2时间内,小灯泡亮了,当T2tT3时间内,小灯泡变暗了,在T3tT4时间内小灯泡又亮了。(3)小灯泡在线圈转动一轴的过程中,闪亮两次。这充分证明:交变电流的强度是随时间做周期变化。